COD (Chemical Oxygen Demand) C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O

180 192

192/180= 1.06 = 1.06 gO2/gGluc

BOD Βιοχημικά απαιτούμενο οξυγόνο

(Biochemical Oxygen Demand)

TS Ολικά στερεά (Total Solids)

VS Πτητικά στερεα (Volatile Solids)

F/M Λόγος Τροφης/Μικροοργανισμών (Food/Microorganism ratio)

MLSS Αιωρούμενα στερεά στο ανάμικτο υγρό (Mixed Liquor

Suspended Solids)

MLVSS Οργανικό μέρος των αιωρούμενων στερεών

kd Συντελεστής αποσύνθεσης μικροοργανισμών

Km Ειδική ταχύτητα χρήσης υποστρώματος

Ks Σταθερά κορεσμού για το οργανικό υπόστρωμα

(Saturation constant for substrate) του Michaelis

Menten

DO Διαλυτό Οξυγόνο

θ =V/Q Μέσος υδραυλικός χρόνος παραμονής στη δεξαμενή

αερισμού

θc Μέση ηλικία της βιομάζας, μέσος χρόνος παραμονής των

κυττάρων στη δεξαμενή αερισμού

θC,Ν Απαραίτητη ηλικία λάσπης για την πραγματοποίηση της

νιτροποίησης

Υο Φαινομενικός Συντελεστής απόδοσης αύξησης. Δηλώνει τη

βιομάζα που παρατηρείται να παράγεται ανά μονάδα μάζας

χρησιμοποιημένου υποστρώματος (Παρατηρούμενος συντελεστής

μετατροπής του υποστρώματος σε βιομάζα).

Υο,Β Ολικός συντελεστής παραγωγής ετερότροφης βιομάζας

Xr H βιομάζα στην απομακρυνόμενη ενεργό ιλύ (περίσσεια ιλύος)

μ Ειδικός ρυθμός ανάπτυξης των μικροοργανισμών

Σχεδιασμός δεξαμενής πρωτοβάθμιας καθίζησης για πόλη 500.000 κάτοικων

Απόβλητο με μέσο ρυπαντικό φορτίο

Παροχή 250 λίτρα/κάτοικο/ημέρα

Ρυθμός παραγωγής λύματος=80% της παροχής

Αιωρούμενα στερεά = 250 mg/L

BOD5 20oC =200 mg/L

Επιφανειακή φόρτιση συστήματος μέση ροή =40 m3/m2-d

Μέγιστη ροή = 100m3/m2-d

Χρόνος παραμονής = 2h

Συγκέντρωση στερεών στην ιλύ = 6.0%

• Α) υπολογισμός της ροής σχεδιασμούQavg=P*RW*f

P= αριθμός χρηστών στην πόλη

RW= Ρυθμός παροχής/Κατανάλωση στην πόλη

f= Λόγος μετατροπής του πόσιμου νερού σε απόβλητο (0.80 =80%)

:Qavg = 500.000*250*0.8 = 500.000*200 L = 100*103m3/d

• Σε αυτήν την άσκηση θα χρησιμοποιηθούν τρεις όμοιες δεξαμενές

• Β) υπολογισμός της μέσης και μέγιστης ροής στις δεξαμενές • Μέση ροή ανά δεξαμενή = Qavg = 100*103 /3 δεξαμενές = 33.33 * 103m3/d

• Μέγιστη ροή με 1.5 * ως ρυθμός μεγιστοποίησης

• Qpeak = ρυθμός μεγιστοποίησης * Qavg = 1.5*33.33 *103m3/d = 49.99 * 103m3/d ~ 50 * 103m3/d

• Γ) υπολογισμός της επιφάνειας της δεξαμενής • Επιφανειακή φόρτιση (SLR) = ροή/επιφάνεια =Q/As

• για την περίπτωση της μέσης ροής =

• Δ υπολογισμός της διαμέτρου κάθε μιας από τις 3 δεξαμενές

• Ε) υπολογισμός του όγκου της δεξαμενής

V= Qavg * t (t ο χρόνος παραμονής σε ημέρες) = 100 (m3/d) *103 * (2/24d) = 8333.0 m3. ο όγκος κάθε μιας από τις

δεξαμενές = 8333.0/3=2777.6 m3 = 2778 m3

Υπολογισμός βάση της διανομής της ροής στις τρεις δεξαμενές.

V1 =Q1*t =33.50 (m3/d)*103*(2/24) = 2791.6m3 ~ 2792m3 ,άρα το δεύτερο σωστό ως μεγαλύτερο.

Ζ) Έλεγχος υπολογισμών

Έλεγχος φόρτισης υδατοφράκτη (WLR) = ροή(m3/d)/μήκος υδατοφράκτη (m)

=33330m3/d /πd(m) (πd= μήκος κυκλικού υδατοφράκτη)

Q= 33.33*103 =33330m3/d = 33330/3.14*33 = 321.65m3/m-d εντός ορίων 125-600 m3/m-d

• Έλεγχος ροής σε πλήρη λειτουργία .

• Qpeak = μέγιστη ροή/επιφάνεια δεξαμενής = 50000 (m3/d)/833(m2)=59.66m3/m2-d

χαμηλότερο από το μέγιστο επιτρεπτό 120m3/m2-d

Η) υπολογισμός τσέπης συλλογής της ιλύος. Η τσέπη ιλύος αποτελεί το χώρο συλλογής της ιλύος. Για τον ορθό σχεδιασμό της είναι απαραίτητος ο υπολογισμός της παραγόμενης ιλύος, του χρόνου που πρέπει να συγκρατηθεί και του ρυθμού με τον οποίο η λάσπη θα πρέπει να απομακρύνεται.

Υπολογισμός της παραγόμενης λάσπης. Θεωρούμε ότι 60 % των αιωρούμενων στερεών απομακρύνεται

• Vsl = όγκος λάσπης (m3/d)

• Msl = μάζα λάσπης (kg/d)

• Pw =ειδικό βάρος νερού, (kg/m3) (998.20 στους 20oC

• SsL=ειδικό βάρος ιλύος =1.03kg/L

• Ps=ποσοστό στερεών στην πρωτοβάθμια ιλύ υπολογισμένο ως 0.06

• Vsl = 5000(kg/d) /998.2 *1.03*0.06 = 81.06 m3/d ~82m3/d = 3.5m3/h

• Η τσέπη συνήθως έχει τραπεζοειδές σχήμα και θεωρείται ότι η λάσπη απομακρύνεται με άντληση κάθε τέσσερις ώρες. Κατεπέκταση ο χώρος αποθήκευσης θα πρέπει να είναι σε θέση να κατακρατήσει την παραγόμενη ποσότητα ιλύος για 4 ώρες

• όγκος τσέπης (C) =3.5 (m3/h) * 4 (h) = 14.0 m3

• Θεωρώντας ότι οι διαστάσεις της τραπεζοειδούς αυτής δεξαμενής είναι Α=3.0m, Β=4.0m και Η=1.3 μέτρα ο όγκος της δεξαμενής υπολογίζεται από τον τύπο V=1/3 H(B2+AB+A2)

• Υπολογισμός του συνολικού βάθους της δεξαμενής• Συνολικό βάθος δεξαμενής = βάθος υγρού + ελεύθερος χώρος + βάθος

τσέπης συλλογής + βάθος δεξαμενής αποθήκευσης

• Θεωρώντας ότι η κλήση της τσέπης είναι 10% το βάθος υπολογίζεται από τον τύπο. Sl = (d/2-B/2)x0.10 = (16.5-2.0)*0.10=1.45m

• Άρα το συνολικό βάθος = 3.35 +0.30+1.45+1.30=6.4m

• H) Υπολογισμός της διαμέτρου της σωλήνας τροφοδοσίας, θεωρώντας ότι η ροή θα πρέπει να έχει ταχύτητα = 0.9 m/s. Η διάμετρος της σωλήνας τροφοδοσίας υπολογίζεται από τον τύπο.

• Ax= παροχή/ταχύτητα • =33,33 *103 (m3/d) /0.9 (m/s)*60 (min/h) * 60 (s/min) *24(h/d)

• Η διάμετρος άρα

•Σύνοψη σχεδιασμού

• Αριθμός δεξαμενών 3• Όγκος κάθε δεξαμενής 2778 m3

• Διάμετρος 33m• Ενεργό βάθος 3.35m• Συνολικό βάθος 6.4 m• Διάμετρος σωλήνα τροφοδοσίας 0.74m

Σχεδιασμός δεξαμενής καθίζησης • Να κατασκευαστεί μονάδα αρχικής καθίζησης

ορθογώνιου σχήματος με πλάτος 6 m, η μονάδα πρέπει να αποτελείται από 2 όμοια συστήματα.• Ροή στη μονάδα 20.000 m3/d• Μέγιστη παροχή 50.000 m3/d

• Να υπολογιστεί η απομάκρυνση του BOD και TSS κατά σταθερή λειτουργία και με μέγιστο ρυθμό υπέρβασης τα 40 m3/m2d και βάθος δεξαμενής 4 μέτρα.• Για την απομάκρυνση να χρησιμοποιηθεί ο τύπος

• Όπου R η αναμενόμενη απομάκρυνση• t χρόνος παραμονής• a, b εμπειρικές σταθερές στους 20 oC

Παράμετρος a b

BOD 0.018 0.020

TSS 0.0075 0.014

• 1. υπολογισμός της απαιτούμενης επιφάνειας της δεξαμενής

• 2. Υπολογισμός του μήκους της δεξαμενής

~ 42 m

• 3. Υπολογισμός του χρόνου παραμονής και υπέρβασης σε κανονικές συνθήκες λειτουργίας• Όγκος δεξαμενής

• Ρυθμός υπέρβασης

• Χρόνος παραμονής

• Υπολογισμός του χρόνου παραμονής και υπέρβασης σε πλήρη λειτουργία

• Ρυθμός υπέρβασης

• Χρόνος παραμονής

• Υπολογισμός της απομάκρυνσης σε κανονικές συνθήκες

• Υπολογισμός της απομάκρυνσης σε πλήρη λειτουργία

Να σχεδιαστεί ένα σύστημα ενεργής ιλύος για την απομάκρυνση οργανικής ύλης από 12960 m3/d

αποβλήτων • Δεδομένα

• Ταχύτητα χρήσης του υποστρώματος μm=2.5d-1

• Συντελεστής αποσύνθεσης μικροοργανισμών Kd=0.05d-1

• Συντελεστής παραγωγής βιομάζας Y=0.5mgVSS/mg BOD5 remov

• Σταθερά κορεσμού οργαν. υποστρώματος Μ.Μ. Ks=100mg BOD5/L

• Ροή Q=0.15m3/s

• BOD5 = 84mg/L

• Απαίτηση (BOD5) ολικό =30mg/L &

αιωρούμενα στερεά (TSS) = 30mg/L

• Λύση

• Καθότι πάντα μελετάτε το διαλυτό υπόστρωμα πρέπει αρχικά να βρεθεί το διαλυτό υπόστρωμα που μας ενδιαφέρει

• (BOD5)διαλυτό = (BOD5) ολικό – BOD5 σωματιδιακό

• ΒΟD5σωματιδιακό = 63% * TSS

• BOD5σωματιδιακό = 0.63 *30 = 18.9 mg

• BOD5 διαλυτό στην έξοδο = 30 - 18.9 = 11.1 mgBOD5/L

• Υπολογισμός του Θc (Θc= Μέση ηλικία της βιομάζας, μέσος χρόνος παραμονής των κυττάρων στη δεξαμενή

αερισμού)

• Λύση προς Θc = Ks + S / S(Km-Kd)-Kd*ks = 5d-1

• Υπολογισμός του όγκου της δεξαμενής αερισμού X = 3000 mgMLVSS/L (Θ= Μέσος υδραυλικός χρόνος παραμονής στη δεξαμενή αερισμού)

• Υπολογισμός σχέσης F/M

• Υπολογισμός απομακρυνόμενης ιλύος (Υobs = ειδική παραγωγή μικροβιακής

μάζας)

• Υπολογισμός του Qw (ροή ιλύος προς απόρριψη) θεωρούμε ότι Χrπερίσσεια ιλύος περιέχει = 10.000 mgVSS/L (τυπικές τιμές 8000-12000 mgVSS/L)

Υπολογισμός της ροής ανακυκλοφορίας ιλύος (Qr = ανακυκλοφορία ιλύος)

• Υπολογισμός της ανάγκης σε οξυγόνο

• Μια πόλη της νοτίου Ελλάδας παράγει την ημέρα 45 τόνους αστικά οργανικά απόβλητα τα οποία επιθυμεί να επεξεργαστεί αναερόβια για την ανάκτηση βιοαερίου. Η σύσταση των αποβλήτων εμφανίζεται στον παρακάτω πίνακα

• Η στοιχειακή ανάλυση κατέδειξε ότι ο χημικός τύπος του υποστρώματος είναι C23.75H38O14N και κατά τη βιολογική μετατροπή παράγονται C23.75H38O14N + 8H2O 12,75CH4 + 11CO2 + NH3.. H βιαποδόμηση του φορτίου βρέθηκε ίση με 71%

Παράμετρος

Ολικά στερεά % 13%

Πτητικά στερεά (%TS) 91%

pH 6,11

COD g/L 240

COD/BOD 0,9

Άζωτο (ΤΚΝ g/L) 0,7

Μάζα (Τόνοι) 45

• Να βρεθεί

• Η θεωρητική παραγωγή αερίου σε m3 ανά τόνο υποστρώματος

• VS = 118,3 kg/m3

• Μεθάνιο (204/561)(118,3) = 43kg / 0,713 = 60,3 m3

• Διοξείδιο (484/561)(118,3) = 102kg / 1,962 = 51,9 m3

• Η K.O σύνθεση του παραγόμενου αερίου αναφορικά μόνο με το μεθάνιο και το διοξείδιο του άνθρακα• 60,3/(60,3+51,9) = 53,7% CH4

• Ο απαιτούμενος όγκος αντιδραστήρα όταν η οργανική φόρτιση = 3kg VS/m3Rd (θεωρήστε ότι ειδικό βάρος= 1) και ο υδραυλικός χρόνος παραμονής = 21 ημέρες• 118,3 * 45/3 = 1775 m3

• 45*21 = 945 m3

• Η παραγόμενη ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας όταν η ποσότητα ενέργειας του CH4 = 9.6 KWh/m3 και η μετατροπή σε μια ΜΕΚ σε ηλεκτρική ενέργεια = 40%

53,7 * 0,71 * 9,6 * 0,40 = 146.4 KWhel/Ton

45 * 146.4 = 6588 KWh/d

Σχεδιάστε ένα αναερόβιο χωνευτή για την επεξεργασία 1000m3 λυμάτων με θερμοκρασία 35 oC και COD 1500mg/L COD. Θεωρήστε τα παρακάτω ως δεδομένα

Χρόνος κατακράτησης κατ’ ελάχιστον 2.5 * του ελάχιστου χρόνου παραμονής (SRT)

MLVSS αντιδραστήρα =3500 mg/L

Κινητική σταθερά: συντελεστής απόδοσης βιομάζας Y = 0.04

Μικροβιακή σταθερά μείωσης Kd = 0.015d-1

Μέγιστος ρυθμός αξιοποίησης υποστρώματος K = 4.60d-1

Ειδικός ρυθμός αξιοποίησης υποστρώματος Κs = 90 mg COD/L

Λύση

• Α) υπολογισμός ελάχιστου χρόνου παραμονής κυττάρων

• Β) Υπολογισμός SRT κατά απαίτηση σχεδιασμού

Θc = ελάχιστος χρόνος παραμονής στέρεων * λόγο ασφαλείας

Γ) υπολογισμός της συγκέντρωσης του διαλυτού υποστρώματος

• Δ) υπολογισμός όγκου αντιδραστήρα

• Ε) υπολογισμός επιφάνειας αντιδραστήρα

• 3 μέτρα βάθος + 1.5 μέτρα για τον κώνο συλλογής• Αs = 200.0/3.0 = 67m2

• Ζ) Ημερήσια παραγωγή ιλύος